I componenti di alimentazione e interconnessione sono fondamentali per il progresso dei veicoli e di molti altri mezzi di trasporto. Tre esperti di componenti automobilistici provenienti da due aziende leader nel settore dell'elettronica – Shawn Luke, direttore marketing tecnico di DigiKey, e Matt McWhinney e Kirk Ulery, direttori dello sviluppo commerciale di Molex – hanno recentemente discusso i fattori che guidano la progettazione automobilistica attuale.
Mentre le case automobilistiche si affrettano a costruire auto più intelligenti e connesse, il numero di componenti elettronici necessari per alimentarle continuerà a crescere. Infatti, secondo Statista, si prevede che l'elettronica rappresenterà il 50% del costo di una nuova auto entro il 2030.

"L'esplosione delle funzionalità elettroniche nei veicoli offre una tela bianca", afferma Ulery. "Qualunque sia la direzione che prenderemo con i veicoli elettrificati e altri sistemi di propulsione, l'elettronica sarà di gran lunga uno dei componenti più cruciali dei veicoli del futuro.".

L'elettrificazione favorisce l'innovazione.
L'elettrificazione delle automobili ha aperto le porte a design di veicoli nuovi e innovativi. Senza la necessità di integrare un tradizionale motore a combustione interna, le case automobilistiche hanno maggiore flessibilità nella distribuzione delle batterie e delle prese di ricarica, aumentando lo spazio per i passeggeri o per il carico e così via.
Ciò ha portato all'ingresso sul mercato di un numero maggiore di nuovi produttori di veicoli elettrici, che offrono un'ampia varietà di marche e modelli. Al momento, molti rimangono costosi e mancano di standardizzazione nel segmento. Tuttavia, questa maggiore varietà offre ai consumatori più opzioni di stile e personalizzazione, e il costo dei veicoli è destinato a diminuire con l'avanzare della tecnologia e l'aumento della produzione.
"Ci vorrà ancora del tempo prima che si affermi un design comune per i veicoli elettrici, perché è una corsa contro il tempo per le nuove tecnologie e innovazioni", ha previsto McWhinney. "I design dell'industria automobilistica tendono ad essere molto robusti, affidabili e ben collaudati, ma in questo periodo di rapidi cambiamenti, ci sono molte piattaforme che sono ancora agli albori, essenzialmente prototipi molto costosi."
Indipendentemente dal produttore, dalla marca o dal modello, tutti i veicoli elettrici richiedono una trasmissione di potenza affidabile e una trasmissione dati ad alta velocità per consentire un processo decisionale in tempo reale guidato dal software.
I progressi nei microprocessori hanno inoltre portato a un cambio di paradigma nella progettazione automobilistica con l'introduzione della piattaforma veicolare definita dal software (SVP), che gestisce la funzionalità e il comportamento dei sistemi del veicolo. Facendo meno affidamento sull'hardware, aumentano la modularità, la flessibilità e la connettività: sono necessari meno componenti e cablaggi per gestire un sistema estremamente complesso.
"Siamo a un punto di svolta in cui non possiamo più aggiungere cablaggi ai veicoli", spiega Ulery. "Il settore automobilistico ha iniziato a prendere spunto dal settore IT, dato che ora disponiamo di uno standard Ethernet a due fili in grado di operare nella gamma dei gigahertz, consentendoci di ridurre la quantità di cablaggio nei veicoli.
Il sistema elettrico a 48 volt è un altro esempio: ora può essere sostituito con cavi di sezione inferiore e, grazie alle architetture zonali definite via software, è possibile avere un unico controller e tutti i relativi dispositivi sullo stesso bus, collegati da un singolo cavo. Vedremo una minore presenza di connettori in rame, ma i veicoli saranno progettati meglio e più in grado di soddisfare i requisiti di connettività ad alta velocità dei veicoli del futuro."

È elettrico.
In Europa, il mercato dei veicoli elettrici sta crescendo rapidamente, poiché case automobilistiche e consumatori cercano di rispettare rigorosi standard sulle emissioni di anidride carbonica per evitare sanzioni e conformarsi a normative come le zone a basse emissioni. Nel 2023, Transport & Environment ha riportato che le vendite europee di veicoli elettrici a batteria sono aumentate del 28%.
"L'elettrificazione cambierà le carte in tavola", afferma Luke. "Le persone ne stanno vedendo i vantaggi".
A differenza degli Stati Uniti, molti paesi europei hanno investito in modo significativo nelle infrastrutture di ricarica in tutta la regione, offrendo stazioni di ricarica sia private che pubbliche, rendendo i veicoli elettrici un'opzione più valida per la maggior parte dei consumatori. Uno dei principali ostacoli per i veicoli elettrici nei paesi europei è che lo standard di alimentazione CA si basa su 240 volt in tutta la regione.
"So per esperienza personale", ha detto Ulery, "che l'alimentazione CA a 120 volt (ricarica di Livello 1) in Nord America fornisce circa 8 km di autonomia per ora di ricarica. Un caricabatterie di Livello 2 a 240 volt fornisce oltre 40 km di autonomia per ora di ricarica".
"Ci teniamo molto a utilizzare l'energia in modo intelligente e le interconnessioni possono svolgere un ruolo importante nella sostenibilità", ha affermato Luke. "L'ultima cosa che vogliamo è caricare una batteria e subire perdite lungo il percorso a causa del caricabatterie di bordo o dissipare energia in eccesso lungo il tragitto."

Specifiche dei componenti automobilistici:
le moderne autovetture contengono in media 80 sensori, 100 centraline elettroniche e una grande quantità di cablaggi. Ciascuno di questi componenti deve soddisfare una serie rigorosa di standard per funzionare correttamente negli ambienti difficili in cui opera un'auto: clima e umidità, condizioni stradali variabili, temperature elevate, vibrazioni e molto altro.

"Durata e affidabilità sono fondamentali per i trasporti", afferma Luke. "Alcuni componenti dei veicoli devono durare decenni. Con tempi di sviluppo così lunghi, potrebbe volerci molto tempo prima di avere una flotta pronta per i cambiamenti in atto nei componenti, come lo standard USB-C per i cavi di ricarica, che i consumatori si aspettano di trovare quando viaggiano in auto o in aereo."

Diversi enti di certificazione stabiliscono gli standard per i componenti utilizzati dalle case automobilistiche, come l' Automotive Electronics Council (AEC) e lo United States Automotive Research Council (USCAR). Queste organizzazioni definiscono i requisiti prestazionali e revisionano e certificano attentamente i componenti approvati per l'uso automobilistico.
Riconosciuti a livello mondiale, i componenti qualificati AEC (AECQ) sono in genere componenti di alta qualità, durevoli e affidabili, in grado di resistere a condizioni stradali difficili senza compromettere le prestazioni. Ulteriori considerazioni da tenere presenti nella scelta dei componenti per la progettazione automobilistica includono:

• Modularità: Il componente è facile da sostituire per il proprietario o un'officina, se necessario?
• Geometrie dei contatti: Quante volte può essere collegato e scollegato il componente? In breve, il connettore svolge la sua funzione?
• Efficienza: Il componente utilizza l'energia in modo intelligente o dissipa la potenza in eccesso?
• Caso d'uso: Il componente è stato fabbricato secondo le specifiche per soddisfare il caso d'uso? Componenti non conformi potrebbero semplicemente sopravvivere anziché funzionare, mentre componenti sovradimensionati potrebbero limitare la flessibilità di progettazione.
• Facilità di assemblaggio: La linea di assemblaggio può installare ripetutamente il componente in scala in base alla sua posizione nel veicolo?
• Sicurezza: Se il componente si guasta mentre il veicolo è in movimento, sono presenti dispositivi di sicurezza per prevenire incidenti?

"La valutazione del rischio e la specifica dei componenti automobilistici sono due facce della stessa medaglia", afferma McWhinney. "Con l'avvento non solo della sopravvivenza ma anche della funzionalità, le specifiche a volte devono essere ridefinite o aggiornate. D'altra parte, le specifiche possono essere eccessive, portando a costi elevati o limitando la flessibilità progettuale. Le specifiche stanno diventando sempre più importanti con l'evoluzione delle architetture".
"Il bello dello spazio di interconnessione è che si possono realizzare parti modulari e intercambiabili", aggiunge Luke. "Sembra che la posta in gioco sia alta, ma l'importanza dell'interconnessione nella progettazione automobilistica è spesso sottovalutata".
Soprattutto, concordano gli esperti, la sicurezza deve venire prima di tutto nella progettazione automobilistica.
"Non possiamo mai sottolineare abbastanza l'importanza della sicurezza", afferma Ulery. "Quando un computer si guasta, basta riavviarlo. Non si può fare lo stesso quando si ha un bus di controllo computerizzato in un veicolo e si sta guidando ad alta velocità. È un livello di complessità completamente diverso che dobbiamo considerare in tutto ciò che facciamo.
Siamo sempre alla ricerca dei componenti più recenti e performanti: come possiamo aggiungere le funzionalità più innovative per ottenere le migliori prestazioni, e vogliamo farlo velocemente, ma abbiamo a che fare con la vita delle persone, quindi dobbiamo garantire un'affidabilità a prova di bomba."

Guardando
al futuro, è probabile che i consumatori continuino a richiedere caratteristiche di sicurezza e comfort sempre più avanzate, nonché veicoli elettrici e altri mezzi di trasporto che riducano la dipendenza dai combustibili fossili.
"L'elettrificazione non si fermerà", ha affermato McWhinney. "Anzi, probabilmente sta accelerando".
Ciononostante, secondo McWhinney, la tendenza alla miniaturizzazione dell'elettronica automobilistica continuerà.
"I progressi nella microelettronica hanno portato all'installazione di un numero sempre maggiore di microprocessori nei veicoli che si stanno orientando verso una piattaforma software-defined", spiega. "Questo non significa che a quel punto ogni elemento di un veicolo sarà controllato dinamicamente direttamente dal software, ma la ristrutturazione dei sistemi di controllo in questa direzione ha enormi implicazioni".

Un maggior numero di microprocessori nei veicoli potrebbe favorire numerose innovazioni che si basano su un'elaborazione dati incredibilmente veloce a livello locale, inclusa la guida autonoma. Sebbene manchino ancora diversi anni, i veicoli autonomi potrebbero essere comuni entro il 2030. La maggior parte delle persone ha già familiarità con le funzionalità semi-autonome, come il cruise control nelle auto o il pilota automatico negli aerei, e le utilizza con disinvoltura. Negli anni a venire, è probabile che il controllore o il pilota debbano comunque intervenire e lavorare al processo.
I settori dei trasporti e dell'automotive continueranno a guidare l'innovazione per molti anni a venire e fornitori come Molex e DigiKey continueranno a fornire i componenti e i servizi necessari per accelerare questo progresso.

Autori: Matt McWhinney, direttore dello sviluppo commerciale del gruppo, e Kirk Ulery, direttore dello sviluppo commerciale della distribuzione, di Molex; Shawn Luke, ingegnere tecnico del marketing, di DigiKey.

Matt McWhinney e Kirk Ulery sono direttori dello sviluppo commerciale presso Molex. In qualità di fornitore leader a livello globale di soluzioni di connettori, Molex offre eccellenza ingegneristica, relazioni di fiducia e un impegno ineguagliabile per la qualità e l'affidabilità, aiutando i clienti di tutti i settori a migliorare la propria vita. Con oltre 80 anni di esperienza, Molex offre progettazione e produzione di livello mondiale e un portafoglio di oltre 100.000 prodotti innovativi.
Shawn Luke è un ingegnere tecnico marketing presso DigiKey. DigiKey è leader e innovatrice continua nella distribuzione di componenti elettronici e prodotti per l'automazione ad alte prestazioni in tutto il mondo, fornendo oltre 15,3 milioni di componenti di oltre 2.900 produttori di marchi di qualità.